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【計算機組成原理】存儲系統(四)—— 高速緩沖存儲器 Cache
發布時間👩🏿‍🚀:2024-04-02       編輯:網絡中心       瀏覽次數:

采用雙端口RAM多模塊存儲器提高存儲器的工作速度,優化後速度與CPU差距依然很大🧗🏻‍♂️。這時提出了 主存-Cache 的方式。

一、Cache的工作原理

基于局部性原理,把程序中正在使用的部分存放在一個高速的、容量教小的 Cache 中,使 CPU 的訪存操作大多數針對 Cache 進行🧑🏽,從而大大提高程序的執行速度。

  • 局部性原理

空間局部性:在最近的未來要用到的信息(指令和數據),很可能與現在正在使用的信息在存儲空間上是鄰近的。Eg👮🏿‍♂️:數組元素、順序執行的指令代碼🍽。

時間局部性:在最近的未來要用到的信息🙏,很可能是現在正在使用的信息。Eg💃🏻:循環結構的指令代碼😎。

在這裡插入圖片描述

性能分析

設 t c t_ctc 為訪問一次Cache 所需時間👨🏽‍🦳,t m t_mtm 為訪問一次主存所需時間🧘🏼‍♀️。

  • 命中率 H🧛🏽‍♀️:CPU 欲訪問的信息已在Cache中的比率

  • 缺失(未命中)率🤌:M = 1 - H

  • Cache —主存 系統的平均訪問時間 t 為

先訪問Cache,若Cache未命中再訪問主存:

t = H ∗ t c + ( 1 − H ) ∗ ( t c + t m ) t=H*t_c + (1-H)*(t_c + t_m)t=Htc+(1H)(tc+tm)

同時訪問 Cache 和主存,若 Cache 命中則立即停止訪問主存🧝🏻:

t = H ∗ t c + ( 1 − H ) ∗ t m t=H*t_c + (1-H)* t_mt=Htc+(1H)tm

  • 例題

在這裡插入圖片描述

二、使用 Cache 所必須解決的問題

  • 如何區分 Cache 與 主存 的數據塊對應關系? ——Cache和主存的映射方式

  • Cache 很小👃🏼,主存很大。如果Cache滿了怎麼辦⚂? ——替換算法

  • CPU修改了Cache中的數據副本,如何確保主存中數據母本的一致性🤸🏽? ——Cache寫策略

關于 Cache和主存的映射方式🤷🏻、Cache替換算法、Cache寫策略的詳細內容,見下面鏈接文章:

在這裡插入圖片描述

鏈接🪆:https://blog.csdn.net/weixin_43848614/article/details/126822309

作者:何為xl

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